（a）NGr、（b）VN/NGr、（c）VN的SEM圖，（d）VN/NG的TEM圖
NGr和VN/NGr均具有超薄的二維結(jié)構(gòu)，與NGr相比，VN/NGr的表面粗糙多孔，這主要是由VN納米顆粒嵌入到NGr骨架造成的。
據(jù)中國科學(xué)院過程工程研究所網(wǎng)站消息，電動汽車及混合電動汽車的發(fā)展對高功率儲能器件的要求越來越高。電化學(xué)電容器（超級電容器）具有極高的功率密度、中能的能量密度、超長的循環(huán)壽命及優(yōu)異的低溫性能，近年來受到廣泛的研究和關(guān)注。電極材料的性質(zhì)是影響超級電容器性能的主要因素，制備高性能電極材料是改善超級電容器性能的有效方法之一。目前研究較多的超級電容器電極材料為過渡金屬氧化物如RuO2、MnO2、V2O5等，它們具有較高的理論比容量，然而，RuO2價格昂貴，其它過渡金屬氧化的導(dǎo)電性較差。導(dǎo)電聚合物具有較高的比容量及電子導(dǎo)電性，但其穩(wěn)定性較差。氮化釩（VN）屬于金屬間化合物，具有較高的理論比容量及電子導(dǎo)電性，是一種較為理想的超級電容器電極材料。
然而，VN材料的倍率性能較差，在水溶液電解液中的循環(huán)穩(wěn)定較差。目前，解決上述問題的主要方法是將VN與納米結(jié)構(gòu)碳材料進行復(fù)合。石墨烯作為一種先進碳材料，具有極高的比表面積，優(yōu)良的電子導(dǎo)電性，被廣泛用作基底材料或?qū)щ妱﹣硖岣唠姌O材料的性能。氮化釩/氮摻雜石墨烯（VN/NGr）復(fù)合材料的主要制備方法如下：首先制備氧化石墨烯（GO），然后再通過水熱或直接與釩酸鹽或釩氧化物混合得到復(fù)合前驅(qū)體，最后通過還原氮化得到石墨烯基復(fù)合材料。該制備工藝流程較長，且工藝過程嚴(yán)格受限于GO的制備，且VN納米顆粒在石墨烯的表面。因此，亟待開發(fā)一種制備VN/NGr的簡單工藝。
中國科學(xué)院過程工程研究所濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國家工程實驗室提出了采用原位犧牲模板法制備VN/NGr納米復(fù)合材料并進行了系統(tǒng)研究。首先將模板前驅(qū)體、碳源、釩源混合均勻，然后將混合后的物料置于氣氛爐中，在非氧化性氣氛中煅燒，得到VN/NGr納米復(fù)合材料。所得VN/NGr納米復(fù)合材料具有開放的二維結(jié)構(gòu)、較高的比表面積（399 m2/g）和孔體積（1.718 cm3 g-1），且VN納米顆粒（2-7 nm）均勻嵌布在NGr骨架中。豐富的孔結(jié)構(gòu)能促進電電解質(zhì)離子的傳遞，氮摻雜及引入VN納米顆粒可提高VN/NGr納米復(fù)合材料的超電容性能。以VN/NGr作為超級電容器電極材料，比容量可達255 F g-1（10 mV s-1），同時具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)2000次循環(huán)后，比容量為初始比容量的94%。相關(guān)結(jié)果已經(jīng)在Nanoscale上發(fā)表（Nanoscale, 2018, 10: 5246 – 5253, DOI: 10.1039/C7NR08985F）。
采用原位犧牲模板法亦可實現(xiàn)氮摻雜石墨烯的可控制備，該方法制備的氮摻雜石墨烯具有較高的比表面積及合理的孔徑分布。與現(xiàn)有工藝相比，該方法具有工藝流程短、原料來源廣、廉價易得等優(yōu)點。該制備工藝也可用來制備其它過渡金屬氮化/氮摻雜石墨烯（TMNs/NGr）納米復(fù)合材料，已申請中國發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01710757897.6.）。
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